婁平, 馮靜霆, 邱德仁, 王衛(wèi)東

(1.中南大學(xué) 土木工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410075;

2.重載鐵路工程結(jié)構(gòu)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長(zhǎng)沙 410075;

3.哈爾濱鐵路局 工務(wù)處，黑龍江 哈爾濱 150006)

?

鐵路曲線外股鋼軌側(cè)面磨耗規(guī)律研究

婁平1,2, 馮靜霆1, 邱德仁3, 王衛(wèi)東1

(1.中南大學(xué) 土木工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410075;

2.重載鐵路工程結(jié)構(gòu)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長(zhǎng)沙 410075;

3.哈爾濱鐵路局 工務(wù)處，黑龍江 哈爾濱 150006)

摘要:經(jīng)分析哈爾濱鐵路局管轄范圍內(nèi)25條線路曲線地段外股不同軌種鋼軌側(cè)面磨耗的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，獲得不同軌種的鋼軌側(cè)面磨耗速率與曲線半徑以及側(cè)面磨耗值與累計(jì)通過總重的規(guī)律。研究結(jié)果表明：U71Mn鋼軌耐磨性強(qiáng)于U75鋼軌；在曲線半徑為600 m時(shí)，隨著通過總重的增加，U75v鋼軌耐磨性比U71Mn鋼軌強(qiáng)。建議在半徑600 m及以下的曲線地段，使用U75v型鋼軌。研究結(jié)論可指導(dǎo)鐵路現(xiàn)場(chǎng)的養(yǎng)護(hù)維修。

關(guān)鍵詞：鋼軌軌種；側(cè)面磨耗；實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)；曲線；半徑；通過總重

鐵路是交通運(yùn)輸?shù)拇髣?dòng)脈，鐵路曲線是軌道結(jié)構(gòu)的三大薄弱環(huán)節(jié)之一。隨著國(guó)家社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，列車運(yùn)量和運(yùn)行速度不斷增大和提高，小半徑曲線地段外股鋼軌的側(cè)面磨耗加速。為了延長(zhǎng)更換鋼軌磨耗的周期，減少養(yǎng)護(hù)維修的工作量，降低線路運(yùn)營(yíng)成本，迫切需要開展小半徑曲線外股鋼軌側(cè)面磨耗規(guī)律的研究。利用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)開展曲線鋼軌側(cè)面磨耗(以下簡(jiǎn)稱鋼軌側(cè)磨)的研究更能準(zhǔn)確掌握其實(shí)際情況，更有利于指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)的養(yǎng)護(hù)維修工作。李錫和[1]對(duì)P50鋼軌磨耗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理，初步得出鋼軌磨耗系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式。范鐵華等[2]通過對(duì)京廣線小半徑曲線上鋼軌側(cè)面磨耗八年實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析，得出牽引動(dòng)力型式與鋼軌側(cè)磨之間的關(guān)系。孫琦等[3]津浦線曲線側(cè)磨實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析，從輪軌關(guān)系方面研究軌道幾何參數(shù)、鋼軌材質(zhì)以及涂油措施對(duì)鋼軌側(cè)磨速率的影響。孫國(guó)瑛等[4]概述了小半徑曲線上鋼軌側(cè)面磨耗的典型現(xiàn)象，分析了形成嚴(yán)重側(cè)磨的原因，提出了減緩側(cè)磨的技術(shù)措施并重點(diǎn)敘述了合理設(shè)置軌道參數(shù)在減磨中的作用。高愛東[5]分析了豐沙線曲線鋼軌磨耗實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與運(yùn)量、曲線半徑等的關(guān)系。Van等[6]提出了鋼軌磨耗的計(jì)算方法。高長(zhǎng)宇[7]通過沈山線西段曲線磨耗數(shù)據(jù)回歸分析，獲得了磨耗量與通過總重的擬合曲線。孫宏等[8]對(duì)膠濟(jì)線鋼軌側(cè)磨值與通過總重進(jìn)行線性回歸分析，得出了相應(yīng)的擬合關(guān)系式。張挺[9]重點(diǎn)分析了輪軌磨耗的機(jī)理。杜偉[10]分析了軌道結(jié)構(gòu)參數(shù)(主要包括曲線半徑、超高、軌底坡、緩和曲線等參數(shù))對(duì)輪軌動(dòng)態(tài)相互作用性能及磨耗的影響規(guī)律。李偉等[11]采用仿真計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，分析了重載鐵路軌道超高和軌底坡對(duì)曲線側(cè)磨速率發(fā)展的影響。鐘智豐[12]采用動(dòng)力學(xué)仿真軟件SIMPACK建立了列車-軌道模型,分析了列車通過曲線地段時(shí)不同外軌超高、軌距、曲線半徑、軌底坡、軸重等參數(shù)對(duì)鋼軌磨耗的影響。盡管開展的鋼軌側(cè)磨研究取得了一定的成果，然而鋼軌側(cè)磨影響規(guī)律尚需深入研究。本文收集了哈爾濱鐵路局管轄范圍內(nèi)的25條線路曲線地段外股不同軌種鋼軌側(cè)面磨耗的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，擬通過對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，掌握不同軌種的鋼軌側(cè)面磨耗速率與曲線半徑以及側(cè)面磨耗值與累計(jì)通過總重的規(guī)律，提出指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)工作的建議性結(jié)論。

1實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

論文中的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來源于2013-03～2014-10哈爾濱鐵路局管轄下的25條線路，主要為濱州線、綏佳線、濱綏線和圖佳線，實(shí)測(cè)線路曲線總長(zhǎng)649.743 km，其中曲線數(shù)量達(dá)1 684個(gè)；上行線曲線有890條，共長(zhǎng)338.455 km，最小曲線半徑為213 m；下行線曲線有165.568 km，最小曲線半徑為294 m；單線曲線有145.720 km，最小曲線半徑為230 m；曲線半徑在600 m以下的曲線長(zhǎng)度占總曲線長(zhǎng)度51.88%，不同半徑曲線長(zhǎng)度情況如表1所示。測(cè)點(diǎn)的布置方式：側(cè)磨觀測(cè)點(diǎn)主要設(shè)置在曲線樁位處，有緩和曲線時(shí)，分別在直緩點(diǎn)、緩圓點(diǎn)、曲中點(diǎn)和圓緩點(diǎn)和緩直點(diǎn)設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)；無緩和曲線時(shí)，分別在直圓點(diǎn)、曲中點(diǎn)、圓直點(diǎn)設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)；圓曲線上每隔100 m增設(shè)1個(gè)觀測(cè)點(diǎn)；一般緩和曲線的側(cè)磨較小，且主要以緩圓點(diǎn)、圓緩點(diǎn)為側(cè)磨增大的起終點(diǎn)，因此，緩和曲線不必要全長(zhǎng)考慮。軌道結(jié)構(gòu)部件：除少數(shù)地段仍使用P50鋼軌外、大部分為P60鋼軌，主要有U75，U71Mn和U75v等3種軌種；大部分是有擋肩的IIIa軌枕；主要為B型彈條扣件；大部分是16 mm的橡膠膠墊；有砟道床。

表1　不同半徑曲線長(zhǎng)度情況

2不同軌種側(cè)磨速率與曲線半徑的關(guān)系

2.1U75鋼軌

實(shí)測(cè)線路總共有512條曲線處采用U75鋼軌，軌型為P60，其總共長(zhǎng)度達(dá)199.7 km，占曲線總長(zhǎng)的30.74%。將實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，取年通過總重為90 Mt，區(qū)段速度為80～120 km/h，曲線半徑在400～750 m的樣本數(shù)目為121個(gè)。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，U75鋼軌平均磨耗速率與曲線半徑關(guān)系如表2和圖1所示。兩次測(cè)量間的月平均磨耗速率：(本次測(cè)量磨耗值-上次測(cè)量磨耗值)除以2次測(cè)量的間隔天數(shù)，再乘以30 d。

表2U75鋼軌平均側(cè)磨速率與曲線半徑的關(guān)系

Table 2 Relationship between the average rate of side wear of U75 rail and curve radius

半徑/m磨耗速率/(mm·月-1)樣本數(shù)目/個(gè)4000.85354500.72885000.747265500.690106000.574446500.399117000.33737500.29914

圖1　U75鋼軌平均側(cè)磨速率與曲線半徑的關(guān)系Fig.1 Relationship between the average rate of side wear of U75 rail and curve radius

由表2和圖1可知：曲線半徑為400 m時(shí)，鋼軌平均側(cè)磨速率達(dá)最大，其值為0.853 mm/月，而半徑750 m時(shí)，其值最小，為0.229 mm/月；半徑450～550 m時(shí)，其值變化較為平穩(wěn)，約0.722 mm/月；而半徑為500 m時(shí)，其鋼軌平均側(cè)磨速率略大于半徑450 m時(shí)的平均側(cè)磨速率；在其它條件不變的情況下，U75鋼軌平均側(cè)磨速率基本具有隨著半徑增加而減小的趨勢(shì)，曲線半徑400～750 m時(shí)，平均側(cè)磨速率變化值達(dá)0.578 mm/Mt。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，U75鋼軌平均側(cè)磨速率實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與擬合曲線關(guān)系式之間的相關(guān)系數(shù)為0.9821，平均側(cè)磨速率與曲線半徑的擬合關(guān)系式如下

y=-1.8×10-8x3-3.2×10-5x2+

1.71×10-3x-2.0422

(1)

式中：y為平均側(cè)磨耗速率，mm/月；x為曲線半徑，m。

2.2U71Mn鋼軌

U71Mn鋼軌是目前無縫線路使用最為廣泛的軌種之一，對(duì)其曲線鋼軌側(cè)磨規(guī)律的研究具有重要意義。此次收集的U71Mn鋼軌側(cè)磨數(shù)據(jù)包含355條曲線，其總長(zhǎng)155.12 km，經(jīng)篩選，取年通過總重90 Mt，區(qū)段速度70～100 km/h的樣本數(shù)為69個(gè)；取年通過總重30 Mt，區(qū)段速度120 km/h的樣本數(shù)為100個(gè)。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，其平均側(cè)磨速率與曲線半徑關(guān)系如表3和圖2所示。

圖2　U71Mn鋼軌平均側(cè)磨速率與曲線半徑的關(guān)系Fig.2 Relationship between the average rate of side wear of U71Mn rail and curve radius

Table 3 Relationship between the average rate of side wear of U71Mn rail and curve radius

年通過總重/Mt9030區(qū)間速率/(km·h-1)70～100120半徑/m磨耗速率/(mm·月-1)樣本數(shù)目/個(gè)磨耗速率/(mm·月-1)樣本數(shù)目/個(gè)4000.45880.253115000.318250.15876000.292200.134587000.22650.108148000.221110.07810

1)通過對(duì)年通過總重為90 Mt和區(qū)段速度為70～100 km/h的U71Mn鋼軌側(cè)磨速率數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)鋼軌平均側(cè)磨速率具有隨著曲線半徑的增加而減少的趨勢(shì)，半徑為800 m時(shí)，速率為0.221 mm/月；半徑為400 m時(shí)，速率達(dá)到0.458 mm/月，是前者的2.07倍。另外，隨著曲線半徑的增加平均側(cè)磨速率的變化量具有減小的趨勢(shì)，半徑在400～500 m時(shí)，其平均側(cè)磨速率的變化量較大，達(dá)0.14 mm/月；而半徑在700～800 m內(nèi)，其平均側(cè)磨速率的變化量極小，僅為0.005 mm/月。年通過總重為90 Mt的U71Mn鋼軌平均側(cè)磨速率實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和擬合數(shù)據(jù)的相關(guān)性很好，相關(guān)系數(shù)為0.987 3，平均側(cè)磨速率與曲線半徑的擬合關(guān)系式如下

y=-4.6×10-9x3+9.8×10-6x2-

7.3×10-3x+2.092 5

(2)

2)通過對(duì)年通過總重為30 Mt、區(qū)段速度為120 km/h的U71Mn鋼軌側(cè)磨數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析擬合，發(fā)現(xiàn)鋼軌平均側(cè)磨速率同樣具有隨著曲線半徑的增加而減少的趨勢(shì)，半徑為800 m時(shí)，速率為0.078 mm/月；半徑為400 m時(shí)，速率達(dá)到0.253 mm/月，是前者的3.24倍。另外，與年通過總重為90 Mt的U71Mn鋼軌類似，隨著曲線半徑的增加平均側(cè)磨速率的變化量具有減小的趨勢(shì)，半徑在400～500 m時(shí)，其平均側(cè)磨速率的變化量較大；而半徑在500～800 m內(nèi)，其平均側(cè)磨速率的變化量很小。年通過總重為30 Mt的U71Mn鋼軌平均側(cè)磨速率實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和擬合數(shù)據(jù)的相關(guān)性很好，相關(guān)系數(shù)為0.997 8，平均側(cè)磨速率與曲線半徑的擬合關(guān)系式如下

y=-6.1×10-9x3+1.2×10-5x2-

7.9×10-3x+1.898 4

(3)

3)年通過總重對(duì)鋼軌側(cè)磨速率有非常重要的影響，年通過總重為90 Mt鋼軌平均側(cè)磨速率明顯大于年通過總重為30 Mt鋼軌平均側(cè)磨速率，前者是后者的1.8倍以上。需要說明的是：年通過總重90 Mt是30 Mt的3倍，而鋼軌側(cè)磨速率不是成線性的3倍，原因估計(jì)是年通過總重90 Mt對(duì)應(yīng)的列車運(yùn)行速率為70～100 km/h，而年通過總重為30 Mt所對(duì)應(yīng)的列車運(yùn)行速率為120 km/h，列車運(yùn)行速率的增加會(huì)增加輪軌之間的相互作用力，其磨耗速率增加。對(duì)比年通過總重均為90 Mt的U75鋼軌和U71Mn鋼軌不同曲線半徑的平均側(cè)磨速率數(shù)據(jù)，如圖3所示，發(fā)現(xiàn)在曲線半徑為400～750 m時(shí)，U71Mn鋼軌的平均側(cè)磨速率遠(yuǎn)低于U75鋼軌的平均側(cè)磨速率，由此可得U71Mn鋼軌比U75鋼軌更加耐磨的結(jié)論，推薦在曲線半徑為400～750 m時(shí)使用U71Mn鋼軌；而曲線半徑大于750 m時(shí)，兩者鋼軌月平均側(cè)磨速率趨于相同。

圖3　U75與U71Mn鋼軌平均側(cè)磨速率與曲線半徑的關(guān)系Fig.3 Relationship between average side wear rate and curve radius for U75 rail and U71Mn rail

2.3U75v鋼軌

U75v鋼軌是無縫線路使用較為廣泛的軌種之一，此次收集的U75v鋼軌側(cè)磨數(shù)據(jù)包含177條曲線，其總長(zhǎng)約為86.5 km，經(jīng)篩選，取年通過總重為50 Mt，區(qū)段速率為120 km/h的樣本數(shù)為117個(gè)。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，其平均側(cè)磨速率與曲線半徑關(guān)系如表4和圖4所示。

表4U75v鋼軌平均側(cè)磨速率與曲線半徑的關(guān)系

Table 4 Relationship between average side wear rate of U75v rail and curve radius

半徑/m磨耗速率/(mm·月-1)樣本數(shù)目/個(gè)3000.75534000.359175000.21296000.183627000.136178000.0929

圖4　U75v鋼軌平均磨耗速率與曲線半徑的關(guān)系Fig.4 Relationship between average side wear rate of U75v rail and curve radius

由表4和圖4可知：曲線半徑在300～500 m之間時(shí)，U75v鋼軌平均側(cè)磨速率變化較大，且曲線半徑為300 m時(shí)，其平均側(cè)磨值達(dá)到0.755 mm/月；曲線半徑在500～800 m之間時(shí)，其鋼軌平均側(cè)磨速率變化較為平緩；鋼軌磨耗實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的擬合關(guān)系式如式(4)所示，其曲線鋼軌平均側(cè)磨實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與擬合曲線的相關(guān)系數(shù)R為0.998 5，具有很好的相關(guān)性。

y=-1.5×10-8x3+2.9×10-5x2-

1.83×10-2x+4.064 2

(4)

由于所收集的數(shù)據(jù)中，沒有U75v鋼軌年通過總重90 Mt的側(cè)磨數(shù)據(jù)，因此沒有對(duì)比分析U75與U71Mn和U75v鋼軌平均側(cè)磨速率與曲線半徑的關(guān)系。

3不同軌種側(cè)磨量與累計(jì)通過總重的關(guān)系

3.1U75鋼軌

曲線鋼軌側(cè)磨的影響因素有很多，比如曲線半徑、通過總重、鋼軌類型、機(jī)車類型和鋼軌幾何形位等，而通過總重對(duì)鋼軌磨耗的發(fā)展起著重要作用；通過對(duì)已知實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析整理，得曲線鋼軌側(cè)磨值的發(fā)展與通過總重之間具有一定規(guī)律性；數(shù)據(jù)來源于濱州上行線，軌型為P60，軌種為U75，年通過總重為100 Mt，如表5和圖5所示。

圖5　U75鋼軌側(cè)磨量與通過總重關(guān)系Fig.5 Relationship between side wear value of U75 rail and passing gross weight

Table 5 Relationship between side wear value of U75 rail and passing gross weight

R-400m通過總重/Mt磨耗值/mmR-600m通過總重/Mt磨耗值/mmR-800m通過總重/Mt磨耗值/mm000000424.2330.5922505.0420.81082.3586.5500.81253.8677.8580.913348313.9753.514259215.1833.81505.210016.7924.51585.21004.81675.51085.01757.41175.31837.612571929.21337.42009.51428.82089.91509.221710.215810.516710.8y=0.0067x1.7045y=0.0067x1.7045y=0.0067x1.7045R=0.9906R=0.9830R=0.9869

由表5和圖5可知：

1)在軌種軌型、半徑、運(yùn)行速度等相同的情況下，曲線鋼軌側(cè)磨值隨著累計(jì)通過總重的增加而增加，即：鋼軌側(cè)磨值y與累計(jì)通過總重x成正相關(guān)關(guān)系；

2)在通過總重等條件相同的情況下，曲線鋼軌側(cè)磨值與曲線半徑成負(fù)相關(guān)，在曲線半徑等條件相同的情況下，側(cè)磨值與通過總重成正相關(guān)，且隨著曲線半徑的增加，側(cè)磨值隨通過總重變化趨于平緩；

3)對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，結(jié)合相關(guān)系數(shù)等條件，得出相應(yīng)的擬合函數(shù)；相關(guān)系數(shù)R均大于0.95，說明擬合程度很高；

4)隨曲線半徑的增加，鋼軌側(cè)磨值的增長(zhǎng)速率變慢，曲線半徑為400 m時(shí)，鋼軌曲線側(cè)磨值隨累計(jì)通過總重的增長(zhǎng)速率最快；

5)曲線地段鋼軌換軌主要是由鋼軌側(cè)磨決定，在擬合曲線上可以得出鋼軌需要換軌時(shí)的累計(jì)通過總重，可用于指導(dǎo)養(yǎng)護(hù)維修；由圖5可知：曲線半徑為400 m時(shí)，通過總重為90 Mt時(shí)，鋼軌側(cè)磨值達(dá)到了14.4 mm，達(dá)到鋼軌輕傷標(biāo)準(zhǔn)，需要進(jìn)行換軌處理。

3.2U71Mn鋼軌

對(duì)濱州下行線鋼軌數(shù)據(jù)，軌型為P60，軌種為U71Mn，年通過總重為90 Mt的鋼軌磨耗數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合整理，整理結(jié)果表6，圖6～7所示。

表6U71Mn鋼軌側(cè)磨量與累計(jì)通過總重關(guān)系

Table 6 Relationship between side wear value of U71Mn rail and passing gross weight

R-526m通過總重/Mt磨耗值/mmR-600m通過總重/Mt磨耗值/mmR-670m通過總重/Mt磨耗值/mm12051204.61202.81355.813561353.5142.56142.56.2142.53.61506.21506.41504.1157.57157.56.5157.54.31657.11656.61654.4172.57.1172.57.918051808.61808187.55.2187.58.7187.58.11955.91959.81959.5210721011.621011.2217.57.3217.511.6217.511.8232.57.422512232.512.5247.57.5232.512.5262.57.8277.58292.58.1y=0.0038x1.4842y=0.0038x1.4842y=0.0038x1.4842R=0.9865R=0.9800R=0.9881

圖6　U71Mn鋼軌側(cè)磨量與累計(jì)通過總重關(guān)系Fig.6 Relationship between side wear value of U71Mn rail and passing gross weight

圖7　U71Mn鋼軌側(cè)磨量與累計(jì)通過總重?cái)M合曲線Fig.7 Fitting curve for side wear value of U71Mn rail and passing gross weight

由表6，圖6～7可知：在軌種軌型、半徑、運(yùn)行速度等相同的情況下，曲線半徑為526和600 m時(shí)，其鋼軌側(cè)磨值隨通過總重的變化率明顯大于曲線半徑為670 m相應(yīng)的側(cè)磨值，而曲線半徑為526和600 m時(shí)的鋼軌側(cè)磨值變化趨勢(shì)幾近相同，且均在累計(jì)通過總重為190～230 Mt之間，其增加速率變大；我們可以假定曲線半徑在526～600 m之間時(shí)，半徑對(duì)鋼軌側(cè)磨發(fā)展影響一致；在曲線半徑為670 m時(shí)，其鋼軌側(cè)磨值遠(yuǎn)低于半徑為526和600 m時(shí)的側(cè)磨值；鋼軌曲線半徑為523，600和670 m時(shí)，其相關(guān)系數(shù)R均大于0.95，擬合程度很高。

3.3U75v鋼軌

U75v鋼軌主要分布在綏佳線上行線上，年通過總重約為50 Mt，區(qū)間速度為120 km/h；對(duì)曲線半徑為600 m的U75v鋼軌側(cè)磨實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，其結(jié)果如表7和圖8所示。

表7U75v鋼軌側(cè)磨量與累計(jì)通過總重關(guān)系

Table 7 Relationship between total side wear of U75v rail and passing gross weight

通過總重/Mt磨耗值/mm通過總重/Mt磨耗值/mm536.5887.8586.5938.1646.8998.3707.21058.5767.31118.7827.61178.9

圖8　U75v鋼軌側(cè)磨量與累計(jì)通過總重關(guān)系Fig.8 Relationship between total side wear of U75v rail and passing gross weight

由表7和圖8可知：在通過總重小于60 Mt時(shí)，U75v鋼軌側(cè)磨值隨累計(jì)通過總重的變化較快；在通過總重大于60 Mt時(shí)，U75v鋼軌側(cè)磨值隨著通過總重變化較為平緩；其側(cè)磨實(shí)測(cè)值擬合關(guān)系如式(5)所示，相關(guān)系數(shù)R達(dá)0.995 0，擬合程度較高。由于所得實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)中沒有前期快速磨耗數(shù)據(jù)，故式(5)只適合鋼軌穩(wěn)定磨耗階段。

y=1.175 7x0.424 1

(5)

試中：y為鋼軌側(cè)磨量，mm；x為累計(jì)通過總重，Mt。

將U75鋼軌、U71Mn鋼軌和U75v鋼軌與通過總重的關(guān)系進(jìn)行對(duì)比分析，如圖9所示；隨通過總重的增加，U71Mn鋼軌在曲線半徑為600 m時(shí)側(cè)磨值的與U75鋼軌在曲線半徑為800 m時(shí)的側(cè)磨值接近，說明U71Mn鋼軌比U75鋼軌更加耐磨；在通過總重為225 Mt之前，U75v鋼軌側(cè)磨值均比U71Mn鋼軌側(cè)磨值大，但U75v鋼軌磨耗值增加較緩；隨著通過總重的進(jìn)一步增加，U71Mn鋼軌側(cè)磨值反超U75v鋼軌側(cè)磨值；所以，曲線半徑為600 m時(shí)的線路推薦使用U75v鋼軌。

圖9　不同軌種側(cè)磨量與累計(jì)通過總重?cái)M合曲線Fig.9 Fitting curve for side wear value of different rail materials and passing gross weight

4結(jié)論

1)統(tǒng)計(jì)分析了哈爾濱鐵路局管轄下的濱州線、綏佳線、濱綏線和圖佳線等曲線鋼軌側(cè)磨數(shù)據(jù)，獲得了年通過總重90～100 Mt時(shí)，U75和U71Mn鋼軌以及50Mt時(shí)，U75v鋼軌的平均側(cè)磨速率與曲線半徑之間的擬合關(guān)系表達(dá)式，獲得的表達(dá)式可以預(yù)測(cè)不同曲線半徑不同軌種的側(cè)磨速率發(fā)展規(guī)律，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)的養(yǎng)護(hù)維修。

2)對(duì)比了不同軌種的側(cè)磨速率與半徑的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)在曲線半徑小于700 m時(shí)，U71Mn鋼軌的磨耗速率遠(yuǎn)低于U75鋼軌的；在通過總重相同的條件下，U71Mn鋼軌在曲線半徑為600 m時(shí)的鋼軌側(cè)磨值與U75鋼軌在曲線半徑為800 m時(shí)的側(cè)磨值接近，得出U71Mn鋼軌耐磨性強(qiáng)于U75鋼軌；在曲線半徑為600 m時(shí)，隨著通過總重的增加，U75v鋼軌的耐磨性比U71Mn鋼軌強(qiáng)，故曲線半徑小于或等于600m時(shí)推薦使用U75v鋼軌。

3)U75鋼軌、U71Mn鋼軌和U75v鋼軌側(cè)磨值與累計(jì)通過總重成正相關(guān)，且隨著曲線半徑的增加，鋼軌側(cè)磨值的發(fā)展速率變慢；曲線鋼軌側(cè)磨值與累計(jì)通過總重之間存在冪函數(shù)關(guān)系；由于此部分實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)較少，利用獲得的擬合關(guān)系式預(yù)測(cè)鋼軌的磨耗值尚需進(jìn)一步驗(yàn)證。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李錫和. 國(guó)產(chǎn)P50公斤鋼軌磨耗系數(shù)的調(diào)查與分析[J]. 鐵道建筑，1980(4)：20-23.

LI Xihe. Investigation and analysis of the wear coefficient of P50 kg rail made in China[J]. Railway Construction, 1980(4): 20-23.

[2] 范鐵華，馬敬波，羅清士，等. 小半徑曲線鋼軌非正常側(cè)磨分析及防治措施[J]. 鐵道學(xué)報(bào)，1990, 12(3)：39-46.

FAN Tiehua, MA Jingbo, LUO Qingshi, et al. Analysis of excessive rail side wear on small-radius curves and its prevention[J]. Journal of the China Railway Society, 1990,12(3): 39-46.

[3] 孫琦，王午生，壽采和，等. 曲線鋼軌側(cè)面磨耗研究[J]. 鐵道學(xué)報(bào)，1991, 13(2)：64-72.

SUN Qi, WANG Wusheng, SHOU Caihe. Study on side wear of rails on curve[J]. Journal of the China Railway Society, 1991,13(2): 64-72.

[4] 孫國(guó)瑛, 劉學(xué)毅, 萬復(fù)光. 小半徑曲線上的鋼軌磨耗[J]. 西南交通大學(xué)學(xué)報(bào), 1994, 29(1)：65-70.

SHUN Guoying, LIU Xueyi, WAN Fuguang. Rail wear in small radius curves[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 1994, 29(1)：65-70.

[5] 高愛東. 豐沙線曲線鋼軌磨耗成因與對(duì)策[J]. 鐵道建筑，2001(4)：16-18.

GAO Aidong. Causes and countermeasures of the rail wear curve of Shafeng line[J]. Railway Construction, 2001(4): 16-18.

[6] Van K D, Maitournam M H. On some recent trends in modelling of contact fatigue and wear in rail[J]. Wear, 2002, 253 (1): 219-227.

[7] 高長(zhǎng)宇. 曲線鋼軌側(cè)面磨耗的形成機(jī)理及減緩措施[D]. 成都：西南交通大學(xué)， 2003.

GAO Changyu. Analysis of the mechanism and retarding measures of side wear of rail on curves[D]. Chengdu: Southwest Jiaotong University, 2003.

[8] 孫宏，杜新民. 提速200km/h線路曲線病害及鋼軌磨耗發(fā)展規(guī)律研究[J]. 鐵道建筑，2007(11)：84-86.

SUN Hong, DU Xinmin. Study on the curve line orbital diseases and the rail wear development of 200km/h railway.[J]. Railway Construction, 2007(11): 84-86.

[9] 張挺. 輪軌磨耗問題及減緩措施的研究[D]. 大連：大連交通大學(xué)， 2008.

ZHANG Ting. A study on the mechanism of wheel-rail wear and its control[D]. Dalian： Dalian Jiaotong University, 2008.

[10] 杜偉. 重載鐵路曲線段輪軌磨耗影響因素分析[D]. 成都：西南交通大學(xué)， 2012.

DU Wei.Analysis of the influence factors of the wheel-rail wear on the curves of heavy haul railway[D]. Chengdu: Southwest Jiaotong University, 2012.

[11] 李偉，馬戰(zhàn)國(guó)，司道林. 重載鐵路曲線幾何參數(shù)對(duì)鋼軌磨耗影響的研究[J]. 鐵道建筑，2013(6)：130-134.

LI Wei, MA Zhanguo, SI Daolin. Study on the influence of curve geometric parameters of heavy haul railway on rail wear[J]. Railway Construction, 2013(6): 130-134.

[12] 鐘智豐. 重載鐵路小半徑曲線鋼軌磨耗研究[D]. 北京：北京交通大學(xué)， 2014.

ZHONG Zhifeng. Research for rail wear of heavy haul railway on small radius curve[D]. Beijing: Beijing Jiaotong University, 2014

(編輯蔣學(xué)東)

Study on the laws of the side wear of the outer rail in railway curve

LOU Ping1,2, FENG Jingting1, QIU Deren3, WANG Weidong1

(1. School of Civil Engineering, Central South University, Changsha 410075, China；

2. Key Laboratory of Heavy Railway Engineering Structure of Education Ministry, Changsha 410075, China；

3. Railway Department, Harbin Railway Bureau, Harbin 150006, China)

Abstract:The measure data of side wear of outer rail with different materials of 25 railway lines in the Harbin Railway Bureau were analyzed. The laws between side wear rate of rail and curve radius, as well as those between total side wear value of rail and the passing gross weight with obtained. The results show that the wear resistance of U71Mn rail is stronger than that of U75, and with the increase of passing gross weight, the wear resistance of U75v rail is stronger than that of U71Mn in the radius of 600m. Based on the above laws, the rail of U75v is suggested to be used in curve section whose radius is equal to or less than 600m. The research conclusions can guide the maintenance of the railway field.

Key words：rail materials; side wear; field measure data; curve; radius; passing gross weight

中圖分類號(hào)：U216.9

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1672-7029(2016)02-0238-07

通訊作者：婁平(1968-)，男，湖南瀏陽(yáng)人，教授，從事鐵道工程研究；E-mail: pinglou@csu.edu.cn

基金項(xiàng)目：中國(guó)鐵路總公司科技研究開發(fā)計(jì)劃重點(diǎn)資助項(xiàng)目(Z2013-G006)；國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)高鐵聯(lián)合基金重點(diǎn)資助項(xiàng)目(U1334203)

收稿日期：2015-06-01